Сварка трением

1.5 Выбор параметров  режима сварки трением

 

Частота вращения является одним из главных регулируемых параметров. При увеличении п толщина пластифицированного слоя уменьшается, слой становится более однородным, динамические прочностные характеристики соединения повышаются.

Частота вращения подсчитывается по оптимальной v, м/с: для черных металлов 2,6...3, для алюминия и меди ~ 2, для титана 4...5.

Удельное давление притирки назначается для улучшения условий работы машины сварки трением. Обычно P_п = (0,15-0,20)Р_н. Для углеродистых сталей Р_п = 10 МПа. Время притирки t_п = (1-3) с.

Удельное давление нагрева Р_н при сварке трением углеродистой и низколегированной сталей выбирают в пределах 30...60 МПа, жаропрочных и инструментальных 60... 120, алюминиевых сплавов 7...23, алюминия с медью 40...60, алюминия с коррозионностойкой сталью 6,4...12,2 и титановых сплавов <= 18 МПа.

Как показывает практика, при сварке металлов в однородном сочетании  Р_н можно изменять в очень широких пределах, получая при этом достаточно высокое качество сварного соединения. При сварке трением разнородных металлов оптимальное значение Р_нследует выбирать из условия получения скорости деформации и, обеспечивающей одинаковую степень деформации обеих заготовок.

Удельное давление проковки назначают  с учетом пластических свойств свариваемых материалов. Обычно Р_пр = (1—3)Р_н. При сварке трением алюминия с коррозионностойкой сталью Р = (8,0-10 0)Р_н (МПа), t= (1,5-3,0) с.

Следует отметить, что на прочностные  свойства соединения наибольшее влияние  оказывает момент приложения Р_пр, а не его абсолютная величина: Р_пр должно быть приложено в тот момент, когда w снизилась и составляет 1/3 первоначальной, но не позже чем через 0,05 с после остановки шпинделя.

Систематизированные значения Р_н, Р_пр, n, t_н и t_пр для конкретных марок материалов приведены во многих работах.

Время нагрева оказывает решающее влияние на циклическую прочность и ударную вязкость сварного соединения, особенно при сварке трением разнородных материалов. Время нагрева следует определять экспериментальным путем для конкретной пары заготовок по кривой М_тр(t) при ранее выбранных значениях v и Р_н. Оптимальным следует считать t_н, равное интервалу от начала сварки (окончания стадии притирки) до начала пятой фазы. Увеличение tH приводит к росту зерна и образованию в зоне соединения видманштеттовой структуры.

Время торможения должно быть достаточно коротким, чтобы пластическое течение металла из зоны соединения не успело приобрести устойчивый характер. Интенсивное течение металла и быстрое охлаждение делают невозможным релаксацию напряжений в зоне соединения, что приводит к уменьшению прочности или разрушению соединения сразу же после завершения процесса сварки. Время торможения следует назначать из условия, чтобы E_т >= 2500 рад/с².

 

2 Применение сварки трением

 

Расчеты и опыт практического  применения сварки трением показывают, что ее пока целесообразно применять  для сварки деталей диаметром  от 6 до 100 мм. Наиболее эффективно применение сварки трением для изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых или сварно-штампованных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудносвариваемых или вовсе не сваривающихся другими способами разнородных материалов, например, стали с алюминием, аустенитных сталей с перлитными. Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок.

Сварка трением иногда используется для заварки днища  у баллона для сжатых газов. Отрезок  цельнотянутой стальной трубы с  предварительно нагретым концом насаживают на быстровращающуюся оправку. К  вращающейся заготовке приближают обжимку, осаживающую металл и придающую  ему полусферическую форму днища  баллона. При быстром вращении заготовки  осаживаемый металл быстро разогревается  трением между обжимкой и заготовкой в процессе осадки; его температура  не снижается, а растет за счет механической работы сил трения. В результате трения металл днища сильно разогревается  и осаживается с образованием утолщения. Для соединения круглых  цилиндрических стержней или трубок детали закрепляют в зажимах машины и приводят в соприкосновение  торцами. Одна деталь остается неподвижной, другая приводится во вращение со скоростью 500- 1500 об/мин и все время прижимается к неподвижной детали. Вследствие трения торцы деталей быстро разогреваются и через короткое время доводятся до оплавления; автоматически выключается фрикционная муфта, прекращая вращение шпинделя; затем производится осевая осадка деталей. В ряде случаев способ оказался весьма эффективным. Он отличается высокой произво-дительностью (машинное время для разных деталей 1,5-50 сек),высоким качеством и стабильностью сварки, поскольку процесс автоматизирован, все параметры (число оборотов, усилие осадки, время сварки) отличаются большим постоянством. Способ весьма экономичен и обладает высоким к. п. д. Потребление электрической мощности 15-20 вт/мм², а потребление электроэнергии в 7-40 раз меньше, чем при контактной электросварке; нагрузка трехфазной сети, питающей приводной электродвигатель, вполне равномерна; cos f = 0,8.Способ позволяет сваривать разнородные металлы (алюминий с медью, алюминий со сталью, медь со сталью и пр.). Ширина зоны влияния сварного соединения не более 2-3 мм. Особенно эффективна сварка заготовок металлорежущего инструмента сверл, метчиков и т. д. из углеродистой и быстрорежущей стали.

Примеры применения сварки трением 

В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и  др. Большой вклад в развитие сварки внесли учёные нашей страны: В.П.Вологдин, В.П.Никитин, Д.А. Дульчевский, Е.О. Патонов, а также коллективы Института электросварки имени Е.О. Патонова, Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения, Всесоюзного научно-исследовательского и конструктивного института автогенного машиностроения, Института металлургии имени А.А. Байкова, ленинградского завода «Электрик» и др.Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка. Преимущество сварки перед этими процессами следующие:

· экономия металла - 10...30% и  более в зависимости от сложности  конструкции;

· уменьшение трудоёмкости работ, сокращение сроков работ и  уменьшение их стоимости;

· удешевление оборудования;

· возможность механизации  и автоматизации сварочного процесса;

· возможность использования  наплавки для восстановления изношенных деталей;

· герметичность сварных  соединений выше, чем клепаных или  резьбовых;

· уменьшение производственного  шума и улучшение условий труда  рабочих.

Мировой опыт применения сварки трением позволяет сделать вывод, что этот вид сварки - один из наиболее интенсивно развивающихся технологических  процессов, особенно в странах с  высоким уровнем развития промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Сварка. Том 1. Развитие  сварочной технологии и науки  о сварке. Технологические процессы, сварочные материалы и оборудование. Комов В.В , 1990. - 536 с.

2. Сварка. Том 2. Теоретические  основы сварки, прочности и проектирования. Сварочное производство. Комов В.В, 1995. - 494 с.

3.Ольшанский Н.А. , Николаев  Г.А. «Специальные методы сварки».  М. , “Машиностроение ” , 1999. 232 с.

4. «Теоретические основы  сварки». М., Высшая школа, 2004. 592стр.

5. Герасименко А.И., «Справочник электросварщика», Профессиональное мастерство, 2009 . 271с.